JP7142921B2 - サージ電流計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、雷撃などによるサージ電流を計測し、そのサージ電流の発生状況を記録する機能を具備したサージ電流計測装置に関する。

落雷により雷電流の一部が電気機器へ流れ込んだり、電気機器の接地線や電源線に誘導雷が生起すると、雷サージにより周辺機器が損傷することがある。

そこで、周辺機器を雷サージから保護するため、雷サージが発生すると想定される場所には避雷器を取り付けている。また、雷サージの発生状況を記録するため、避雷器の接地線にサージカウンタを取り付けている。

この種のサージカウンタとして、内部回路を駆動するための電源として電池を使用するものがある。このように、電池を使用する場合、定期的に電池を交換する必要があるため、電池交換のメンテナンスに手間がかかる。

一方、内部回路を駆動するための電源としてＡＣ１００Ｖの交流電源を使用するサージカウンタもある。このように、交流電源を使用する場合、交流電源が存在しない場所では、サージカウンタを使用することが困難である。

また、交流電源から離隔した場所でサージカウンタを使用するには、交流電源をサージカウンタまで引き込まなければならず、サージカウンタの使用に制約があった。

さらに、サージカウンタにサージ電流が侵入した際に交流電源側へサージ電流が流出することがあり、その場合、サージカウンタの周辺機器に損傷を与えることになる。

この問題を解消するため、本出願人は、電池やＡＣ１００Ｖの交流電源を具備しない無電源方式のサージカウンタを先に提案している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１で開示されたサージカウンタは、避雷器の接地線に流れるサージ電流を変流器により検出し、その変流器の二次電流をブリッジ形整流回路により整流し、そのブリッジ形整流回路の出力電流でもってコンデンサを充電する。

この充電により、コンデンサに蓄積されたエネルギーでもって電磁カウンタを駆動し、サージ発生の回数を電磁カウンタで計数して避雷器の動作回数を積算する。

このようにして、電池やＡＣ１００Ｖの交流電源が不要でメンテナンスフリーであり、使用場所に制約を受けることがなく、周辺機器にも悪影響を及ぼすことがない無電源方式のサージカウンタを実現している。

特開２０１１－１８７２１８号公報

ところで、雷サージが発生すると想定される場所に特許文献１のサージカウンタを設置し、そのサージカウンタにより雷サージが発生したか否かを確認するようにしている。この場合、雷サージがいつ発生するかは不明で長期に発生しないこともある。

そのため、雷サージの発生確率が少ない場所でも記録できるように、特許文献１のサージカウンタを設置するようにしている。

しかしながら、特許文献１のサージカウンタは、サージ電流の侵入回数のみを単に計数するもので、しかも、サージ電流の検出レベルが、例えば１００Ａに設定されていた場合、その設定レベル以上のサージ電流しか検出できないことになる。

一方、雷サージによる周辺機器の損傷を防ぐため、重要設備には避雷器が設置されることが多く、規模が小さい雷によるサージ電流を避雷器で吸収することにより、周辺機器の損傷を防止している。

また、規模が大きい雷によるサージ電流が避雷器に侵入した場合、避雷器が破損することがあり、その場合、避雷器を速やかに交換する必要がある。

このように、規模が小さい雷によるサージ電流であるのか、あるいは規模が大きい雷によるサージ電流であるのかを判定することは極めて重要である。

つまり、避雷器が正常に動作しているか否かを確認したり、避雷器を交換する必要があるか否かを判断するためには、サージ電流の大きさを判定する必要がある。

そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、電池やＡＣ１００Ｖの交流電源を具備しない無電源方式で、サージ電流の大きさを判定し得るサージ電流計測装置を提供することにある。

本発明に係るサージ電流計測装置は、避雷器の接地線に流れるサージ電流を変流器により検出し、その変流器の二次電流に基づいてサージ電流を計測するものである。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明のサージ電流計測装置は、変流器の二次電流を整流する整流回路と、その整流回路の出力により充電される蓄電回路と、変流器の二次電流の波高値を検出するレベル検出回路と、蓄電回路の出力により駆動される記憶回路とを備え、レベル検出回路の出力に基づいてサージ電流の侵入回数および侵入ごとの波高値を記憶回路に記録することを特徴とする。

本発明のサージ電流計測装置では、レベル検出回路の出力に基づいてサージ電流の侵入回数および侵入ごとの波高値を記憶回路に記録することにより、電池やＡＣ１００Ｖの交流電源を具備しない無電源方式で、サージ電流の侵入回数のみならず、サージ電流の波高値（大きさ）を判定することができる。

本発明のサージ電流計測装置は、整流回路を介して記憶回路に接続された第一の変流器と、レベル検出回路を介して記憶回路に接続された第二の変流器とを備えた回路構成が望ましい。

このような回路構成を採用すれば、第一の変流器により検出されたサージ電流に基づいて蓄電回路の充電出力により記憶回路を駆動し、第二の変流器により検出されたサージ電流に基づいてレベル検出回路によりサージ電流の波高値を検出する。

本発明のサージ電流計測装置は、整流回路を介して記憶回路に接続されると共に、レベル検出回路を介して記憶回路に接続された単一の変流器を備えた回路構成が望ましい。

このような回路構成を採用すれば、単一の変流器により検出されたサージ電流に基づいて蓄電回路の充電出力により記憶回路を駆動すると共に、レベル検出回路によりサージ電流の波高値を検出する。

本発明におけるレベル検出回路は、複数個のサイリスタで構成されていることが望ましい。

このような構成を採用すれば、サイリスタの特性および個数によりサージ電流の検出レンジおよび検出精度を任意に設定することができる。

本発明によれば、レベル検出回路の出力に基づいてサージ電流の侵入回数および侵入ごとの波高値を記憶回路に記録することにより、電池やＡＣ１００Ｖの交流電源を具備しない無電源方式で、サージ電流の侵入回数のみならず、サージ電流の大きさを判定することができる。

その結果、避雷器が正常に動作しているか否かを確認したり、避雷器を交換する必要があるか否かを判断することができるサージ電流計測装置を容易に実現できる。

本発明の実施形態で、二つの変流器を有するサージ電流計測装置を示す概略構成図である。 本発明の他の実施形態で、単一の変流器を有するサージ電流計測装置を示す概略構成図である。 図１の変形例で、表示器を電池側に設けたサージ電流計測装置を示す概略構成図である。 図２の変形例で、表示器を電池側に設けたサージ電流計測装置を示す概略構成図である。

本発明に係るサージ電流計測装置の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。

この実施形態のサージ電流計測装置の主要部は、図１に示すように、第一の変流器１１および第二の変流器１２と、第一の整流回路１３および第二の整流回路１４と、蓄電回路であるコンデンサ１５と、記憶回路であるマイコン１６と、レベル検出回路１７と、表示器１８とで構成されている。

第一の変流器１１および第二の変流器１２は、避雷器（図示せず）の接地線１９が挿通される。第一の変流器１１および第二の変流器１２としては、接地線１９を挿通させるリング状の貫通形や、接地線１９にワンタッチ式で装着可能な分割形のいずれであっても使用可能である。

図１に示す実施形態では、第一の変流器１１をマイコン駆動用とし、第二の変流器１２をサージ電流計測用として、二つの変流器１１，１２を使用している。

第一の整流回路１３および第二の整流回路１４は、例えばダイオードブリッジで回路構成されている。第一の整流回路１３の入力は、第一の変流器１１の二次巻線２０に接続されている。第二の整流回路１４の入力は、第二の変流器１２の二次巻線２１に接続されている。

第一の変流器１１の二次巻線２０は、第二の変流器１２の二次巻線２１よりも少ないターン数（例えば、数ターン～数十ターン）、つまり、マイコン１６の駆動が可能なエネルギーが得られるターン数としている。

第二の変流器１２の二次巻線２１は、第一の変流器１１の二次巻線２０よりも多いターン数（例えば、数十ターン～数百ターン）、つまり、サージ電流波形に近似する二次電流波形が得られるターン数としている。

第一の整流回路１３は、マイコン１６を駆動させるための直流電圧を出力する上で必須のものである。一方、第二の整流回路１４は、サージ電流の波高値を検出する上で必ずしも必要なものではない。

第二の整流回路１４を設けた場合、第二の変流器１２の二次電流を整流することで、その二次電流の絶対値を得ることができる。一方、第二の整流回路１４がない場合、第二の変流器１２の二次電流波形から、サージ電流の波高値だけでなく、サージ電流の極性も判定することができる。

第一の整流回路１３の出力は、コンデンサ１５を介してマイコン１６の入力に接続されている。コンデンサ１５は、電流値が大きく瞬時に流れるサージ電流に基づいて充電可能なように高周波特性が良好なものを使用する必要がある。

第二の整流回路１４の出力は、レベル検出回路１７を介してマイコン１６の入力に接続されている。レベル検出回路１７は、複数個（この実施形態では３個）のサイリスタ２２で回路構成されている。

レベル検出回路１７のサイリスタ２２の特性および個数によりサージ電流の検出レンジおよび検出精度を設定することが可能である。

つまり、３個のサイリスタ２２がオンする閾値を抵抗値の変更などにより異ならせることで、サージ電流の検出レンジを設定することができる。また、サイリスタ２２の個数によりサージ電流の検出精度を設定することができる。例えば、個数を多くすれば、サージ電流の検出精度を上げることができる。

なお、レベル検出回路１７は、複数個のサイリスタ２２で回路構成する以外に、ピークホールド回路やＡ／Ｄ変換回路で構成することも可能である。

マイコン１６の出力は、例えばＬＣＤ等の表示器１８に接続されている。マイコン１６の入力端子２３には、必要に応じて表示器１８によりサージ電流の侵入回数および大きさを確認できるように、マイコン１６を随時駆動させる簡易な外部電源として電池２４が接続可能となっている。

以上の構成からなるサージ電流計測装置では、雷撃などによるサージ電流を以下の要領でもって計測する。

雷撃などによるサージ電流が避雷器の接地線１９に流れると、その接地線１９に流れるサージ電流を第一の変流器１１および第二の変流器１２で検出する。第一の変流器１１の二次巻線２０に流れる二次電流を第一の整流回路１３により整流する。

第一の整流回路１３からの出力によりコンデンサ１５を充電する。この充電により、コンデンサ１５に蓄積されたエネルギーでもってマイコン１６を駆動させる。マイコン１６の駆動により、サージ電流の侵入回数および侵入ごとの大きさが記録可能となる。

一方、第二の変流器１２の二次巻線２１に流れる二次電流を第二の整流回路１４により整流する。第二の整流回路１４からの出力によりレベル検出回路１７で二次電流の波高値を検出する。

この波高値の検出は、サイリスタ２２がオンする閾値に基づいて行われる。３個のサイリスタ２２がオンする閾値を、例えば１００Ａ、５００Ａ、１０００Ａに設定すれば、その閾値のサージ電流を検出することが可能となる。

レベル検出回路１７により二次電流の波高値を検出するタイミングは、避雷器の接地線１９にサージ電流が流れるごと、つまり、サージ電流の侵入ごとに行われる。これにより、二次電流の波高値を検出するタイミングを累積すれば、それがサージ電流の侵入回数となる。

このように、サージ電流が侵入する毎にサージ電流の大きさをマイコン１６のメモリに記録する。その結果、サージ電流の侵入回数および侵入ごとの大きさ（波高値）をマイコン１６のメモリに記録することができる。

マイコン１６に記録されたサージ電流の侵入回数および大きさは、所定の期間が経過するごとにリセットしたり、外部機器へ送信したりすることも可能である。マイコン１６の記録データとしては、サージ電流の侵入回数および大きさ以外に、サージ電流の侵入日時を含めることも可能である。

マイコン１６によりサージ電流の侵入回数および大きさを記録するタイミングは、避雷器の接地線１９にサージ電流が流れるごとに短時間で行われる。コンデンサ１５によりマイコン１６を短時間（例えば、数ｍｓ～数十ｍｓ）だけ駆動することになる。接地線１９にサージ電流が流れていない時には、マイコン１６が駆動していない。

このことから、サージ電流の侵入回数および大きさを確認したい時には、電池２４をマイコン１６の入力端子２３に接続する。電池２４によりマイコン１６を駆動させる。マイコン１６の駆動により、表示器１８でサージ電流の侵入回数および大きさを表示することで、記録データの確認が容易となる。

ここで、規模が小さい雷によるサージ電流を避雷器で吸収することにより、周辺機器の損傷を防止している。また、規模が大きい雷によるサージ電流が侵入した場合、避雷器の破損により避雷器を交換する必要がある。

このことから、サージ電流の大きさを記録することで、規模が小さい雷によるサージ電流であるのか、あるいは規模が大きい雷によるサージ電流であるのかを判定できる。つまり、避雷器が正常に動作しているか否かを確認したり、避雷器を交換する必要があるか否かを容易に判断することができる。

図１に示す実施形態では、マイコン駆動用として第一の変流器１１と、サージ電流計測用として第二の変流器１２からなる二つの変流器１１，１２を使用した場合を例示したが、図２に示す実施形態のような構成であってもよい。

図２に示す実施形態では、マイコン駆動とサージ電流計測とで共用する単一の変流器２５を使用している。この場合、変流器２５の一方の二次巻線２０が第一の整流回路１３に接続され、他方の二次巻線２１が第二の整流回路１４に接続される。

図２において、図１と同一部分には同一参照符号を付す。変流器２５の数以外の構成および動作については、図１の実施形態と図２の実施形態とで同一であるため、重複説明は省略する。

図１および図２に示す実施形態では、表示器１８をサージ電流計測装置に設けた場合を例示したが、図３および図４に示す実施形態のような構成であってもよい。

図３および図４に示す実施形態では、表示器２６を電池２４に設けている。サージ電流の侵入回数および大きさを確認したい時には、電池２４をマイコン１６の入力端子２３に接続すると共に、表示器２６をマイコン１６の出力端子２７に接続すればよい。

これにより、電池２４でもってマイコン１６を駆動させる。マイコン１６の駆動により、表示器２６でサージ電流の侵入回数および大きさを表示することで、記録データの確認が容易となる。

図３は図１の変形例であり、図４は図２の変形例である。図３および図４において、図１および図２と同一部分には同一参照符号を付す。表示器２６の接続形態以外の構成および動作については、図１の実施形態と図３の実施形態、および図２の実施形態と図４の実施形態とで同一であるため、重複説明は省略する。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１１ 第一の変流器
１２ 第二の変流器
１３，１４ 整流回路
１５ 蓄電回路（コンデンサ）
１６ 記憶回路（マイコン）
１７ レベル検出回路
１９ 接地線
２２ サイリスタ
２５ 単一の変流器

Claims (4)

1. 避雷器の接地線に流れるサージ電流を変流器により検出し、前記変流器の二次電流に基づいてサージ電流を計測するサージ電流計測装置であって、
   前記変流器の二次電流を整流する整流回路と、前記整流回路の出力により充電される蓄電回路と、前記二次電流の波高値を検出するレベル検出回路と、前記蓄電回路の出力により駆動される記憶回路とを備え、
   前記変流器は、前記整流回路を介して前記記憶回路に接続された第一の変流器と、前記レベル検出回路を介して前記記憶回路に接続された第二の変流器とを備え、
   前記レベル検出回路の出力に基づいてサージ電流の侵入回数および侵入ごとの波高値を前記記憶回路に記録することを特徴とするサージ電流計測装置。
2. 前記レベル検出回路は、複数個のサイリスタで構成されている請求項１に記載のサージ電流計測装置。
3. 避雷器の接地線に流れるサージ電流を変流器により検出し、前記変流器の二次電流に基づいてサージ電流を計測するサージ電流計測装置であって、
   前記変流器の二次電流を整流する整流回路と、前記整流回路の出力により充電される蓄電回路と、前記二次電流の波高値を検出するレベル検出回路と、前記蓄電回路の出力により駆動される記憶回路とを備え、
   前記レベル検出回路は、複数個のサイリスタで構成され、
   前記レベル検出回路の出力に基づいてサージ電流の侵入回数および侵入ごとの波高値を前記記憶回路に記録することを特徴とするサージ電流計測装置。
4. 避雷器の接地線に流れるサージ電流を変流器により検出し、前記変流器の二次電流に基づいてサージ電流を計測するサージ電流計測装置であって、
   前記変流器の二次電流を整流する整流回路と、前記整流回路の出力により充電される蓄電回路と、前記二次電流の波高値を検出するレベル検出回路と、前記蓄電回路の出力により駆動される記憶回路とを備え、
   前記変流器は、互いにターン数が異なる第一の二次巻線及び第二の二次巻線を備えた単一の変流器を備え、
   前記第一の二次巻線は前記整流回路及び前記蓄電回路を介して前記記憶回路に接続されると共に、前記第二の二次巻線は前記レベル検出回路を介して前記記憶回路に接続されることを特徴とするサージ電流計測装置。

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